【技术实现步骤摘要】
本申请涉及同位素分离，尤其涉及一种硼同位素分离的多塔串联方法与装置。
技术介绍
1、硼在自然界中含有两种稳定的同位素，硼10和硼11，天然丰度分别为19.78％和80.22％。由于硼同位素对热中子吸收截面的差异促进了对硼同位素分离研究迅速发展。硼10对热中子的吸收截面是自然丰度硼的5倍还多，是传统防护材料混凝土的500多倍。硼10凭借对中子强烈吸收的独特特性在众多
有着广泛的应用。高丰度、高纯度的硼10是核工业(控制棒、探测器及化学控制剂等)、军事装备(中子防护)以及医疗领域(癌症的靶向治疗)的重要材料之一。而高纯度、高丰度11bf3产品被广泛应用于芯片生产中，可以作为半导体器件和集成电路生产中制备光纤预制件的原料。
2、目前，我国所用的富集硼同位素绝大部分依赖于进口，限制了我国核电、医药等高新技术的进一步发展，而且也带来了巨大的经济负担。随着现代科技的发展进步，世界范围内对高丰度硼同位素制品的需求量越来越大，开发硼同位素具有极高的经济价值和社会效益。
3、目前，应用得最广泛的硼同位素富集方法是三氟化硼-络合物化学交换法，络合剂采用苯甲醚的三氟化硼化学交换精馏工艺是目前生产10b最为主流的方法，该工艺在常压常温下操作，有较高的分离因子且操作条件较好。但是该生产过程需要严格控制塔内液相中水的含量，否则生成的强酸严重腐蚀塔设备及塔内填料，导致整个系统无法进行，且交换精馏后会产生苯酚、甲基苯甲醚、甲苯酚以及与bf3的络合物等杂质，不仅造成原料苯甲醚损失，且由于这些杂质极难裂解，随着逐渐积累导致原料粘度上升
4、低温精馏法是利用同位素原子或分子间饱和蒸汽压的微小差异来实现同位素组分间的分离。碳等轻同位素体系的分离都是通过低温分离技术来实现的。研究发现，11bf3/10bf3的分离系数为1.0076。因此，bf3作为分离物质具有分离因子较大，原料稳定，分离速度快，平衡时间相对较短等优点，对于实现大规模工业化生产更为简单。然而现有低温精馏法分离bf3工艺，分离塔太高，工程投入大，能耗较大，对原料气的净化、自控仪表、设备加工水平等方面均有严格要求，并且对塔体的保温要求极高，需要严格控制温度和压力。
技术实现思路
1、本申请的目的在于提供一种硼同位素分离的多塔串联方法与装置，旨在解决现有化学交换精馏法生产工艺不够简单，副反应多，生产效率低，成本较高的问题。
2、为实现以上目的，本申请提供一种硼同位素分离的多塔串联方法，包括：
3、将天然丰度的三氟化硼通入第一分离塔，进行第一低温精馏富集，得到第一塔顶物料和第一塔底物料；
4、将所述第一塔底物料通入第二分离塔，进行第二低温精馏富集，得到第二塔顶物料和第二塔底物料；
5、将所述第二塔底物料通入第三分离塔，进行第三低温精馏富集，得到第三塔顶物料和第三塔底物料；
6、将所述第三塔底物料通入第四分离塔，进行第四低温精馏富集，得到第四塔顶物料和第四塔底物料，所述第四塔底物料为硼-10丰度大于99％的三氟化硼，作为产品采出；
7、其中，所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔和所述第四分离塔的塔顶温度均为-97℃～-90℃，塔顶压力均为130kpa～200kpa，塔釜温度均为-95℃～-83℃，塔釜压力均为150kpa～300kpa。
8、在一些实施例中，所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔、所述第四分离塔的压降为20kpa～100kpa。
9、在一些实施例中，所述第一低温精馏的回流比为100～1500，所述第二低温精馏的回流比为100～1300，所述第三低温精馏的回流比为200～25000，所述第四低温精馏的回流比为400～75000。
10、在一些实施例中，所述天然丰度的三氟化硼的通入流量为0.010kg～0.60kg，所述第一塔顶物料的出料流量0.004kg～0.24kg；所述第一塔底物料的通入流量为0.006kg～0.36kg，所述第二塔顶物料的出料流量为0.004kg～0.24kg；所述第二塔底物料的通入流量为0.002kg～0.12kg，所述第三塔顶物料的出料流量0.0002kg～0.012kg；所述第三塔底物料的通入流量为0.0018kg～0.108kg，所述第四塔顶物料的出料流量为0.0001kg～0.006kg；所述第四塔底物料的采出流量为0.0017kg～0.102kg。
11、在一些实施例中，所述天然丰度的三氟化硼的纯度大于99.999％，硼-10丰度为19.78％；所述第一塔底物料为硼-10丰度约为40％的三氟化硼；所述第二塔底物料为硼-10丰度约为60％的三氟化硼；所述第三塔底物料为硼-10丰度约为80％的三氟化硼。
12、本申请还提供一种用于硼同位素分离的多塔串联装置，用于执行上述的硼同位素分离的多塔串联方法，包括塔釜和塔身依次串联的第一分离塔、第二分离塔、第三分离塔和第四分离塔；
13、所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔和所述第四分离塔均为低温精馏塔，塔顶均连接有冷凝器，塔釜均连接有再沸器；
14、所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔和所述第四分离塔的塔顶分别连接收集罐；
15、所述第一分离塔设置有原料进料口；所述第四分离塔的塔釜设置有10bf3产品采出口。
16、在一些实施例中，所述第一分离塔的塔釜与所述第二分离塔的塔身通过第一管道连接；所述第二分离塔的塔釜与所述第三分离塔的塔身通过第二管道连接；所述第三分离塔的塔釜与所述第四分离塔的塔身通过第三管道连接；所述第四分离塔的塔釜连接第四管道以做为所述10bf3产品采出口。
17、在一些实施例中，所述第一管道连接第一再沸器，所述第一再沸器通过第一返流管与所述第一分离塔的塔釜连接；所述第二管道连接第二再沸器，所述第二再沸器通过第二返流管与所述第二分离塔的塔釜连接；所述第三管道连接第三再沸器，所述第三再沸器通过第三返流管与所述第三分离塔的塔釜连接；所述第四管道连接第四再沸器，所述第四再沸器通过第四返流管与所述第四分离塔的塔釜连接。
18、在一些实施例中，所述第一分离塔的塔顶通过第一气体管道与所述收集罐连接；所述第二分离塔的塔顶通过第二气体管道与所述收集罐连接；所述第三分离塔的塔顶通过第三气体管道与所述收集罐连接；所述第四分离塔的塔顶通过第四气体管道与所述收集罐连接。
19、在一些实施例中，所述第一气体管道连接第一冷凝器，所述第一冷凝器通过第一液体返流管与所述第一分离塔的塔顶连接；所述第二气体管道连接第二冷凝器，所述第二冷凝器通过第二液体返流管与所述第二分离塔的塔顶连接；所述第三气体管道连接第三冷凝器，所述第三冷凝器通过第三液体返流管与所述第三分离塔的塔顶连接；所述第四气体管道连接第四冷凝器，所述第四冷凝器通过第四液体返流管与所述第四分离塔的塔顶连接。
20、在一些实施例中，所述第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔、所述第四分离塔的压降为20kPa～100kPa。
3.根据权利要求1所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，所述第一低温精馏的回流比为100～1500，所述第二低温精馏的回流比为100～1300，所述第三低温精馏的回流比为200～25000，所述第四低温精馏的回流比为400～75000。
4.根据权利要求1所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，所述天然丰度的三氟化硼的通入流量为0.010kg～0.60kg，所述第一塔顶物料的出料流量0.004kg～0.24kg；所述第一塔底物料的通入流量为0.006kg～0.36kg，所述第二塔顶物料的出料流量为0.004kg～0.24kg；所述第二塔底物料的通入流量为0.002kg～0.12kg，所述第三塔顶物料的出料流量0.0002kg～0.012kg；所述第三塔底物料的通入流量为0.0018kg～0.108kg，所述第四塔顶物
5.一种用于硼同位素分离的多塔串联装置，用于执行权利要求1至4任一项所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，包括塔釜和塔身依次串联的第一分离塔、第二分离塔、第三分离塔和第四分离塔；
6.根据权利要求5所述的用于硼同位素分离的多塔串联装置，其特征在于，所述第一分离塔的塔釜与所述第二分离塔的塔身通过第一管道连接；所述第二分离塔的塔釜与所述第三分离塔的塔身通过第二管道连接；所述第三分离塔的塔釜与所述第四分离塔的塔身通过第三管道连接；所述第四分离塔的塔釜连接第四管道以作为所述10BF3产品采出口。
7.根据权利要求6所述的用于硼同位素分离的多塔串联装置，其特征在于，所述第一管道连接第一再沸器，所述第一再沸器通过第一返流管与所述第一分离塔的塔釜连接；所述第二管道连接第二再沸器，所述第二再沸器通过第二返流管与所述第二分离塔的塔釜连接；所述第三管道连接第三再沸器，所述第三再沸器通过第三返流管与所述第三分离塔的塔釜连接；所述第四管道连接第四再沸器，所述第四再沸器通过第四返流管与所述第四分离塔的塔釜连接。
8.根据权利要求5所述的用于硼同位素分离的多塔串联装置，其特征在于，所述第一分离塔的塔顶通过第一气体管道与所述收集罐连接；所述第二分离塔的塔顶通过第二气体管道与所述收集罐连接；所述第三分离塔的塔顶通过第三气体管道与所述收集罐连接；所述第四分离塔的塔顶通过第四气体管道与所述收集罐连接。
9.根据权利要求8所述的用于硼同位素分离的多塔串联装置，其特征在于，所述第一气体管道连接第一冷凝器，所述第一冷凝器通过第一液体返流管与所述第一分离塔的塔顶连接；所述第二气体管道连接第二冷凝器，所述第二冷凝器通过第二液体返流管与所述第二分离塔的塔顶连接；所述第三气体管道连接第三冷凝器，所述第三冷凝器通过第三液体返流管与所述第三分离塔的塔顶连接；所述第四气体管道连接第四冷凝器，所述第四冷凝器通过第四液体返流管与所述第四分离塔的塔顶连接。
10.根据权利要求5至9任一项所述的用于硼同位素分离的多塔串联装置，其特征在于，所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔、所述第四分离塔的理论板数为700～1200，塔径为30mm～120mm。
...【技术特征摘要】
1.一种硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，所述第一分离塔、所述第二分离塔、所述第三分离塔、所述第四分离塔的压降为20kpa～100kpa。
3.根据权利要求1所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，所述第一低温精馏的回流比为100～1500，所述第二低温精馏的回流比为100～1300，所述第三低温精馏的回流比为200～25000，所述第四低温精馏的回流比为400～75000。
4.根据权利要求1所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，所述天然丰度的三氟化硼的通入流量为0.010kg～0.60kg，所述第一塔顶物料的出料流量0.004kg～0.24kg；所述第一塔底物料的通入流量为0.006kg～0.36kg，所述第二塔顶物料的出料流量为0.004kg～0.24kg；所述第二塔底物料的通入流量为0.002kg～0.12kg，所述第三塔顶物料的出料流量0.0002kg～0.012kg；所述第三塔底物料的通入流量为0.0018kg～0.108kg，所述第四塔顶物料的出料流量为0.0001kg～0.006kg；所述第四塔底物料的采出流量为0.0017kg～0.102kg。
5.一种用于硼同位素分离的多塔串联装置，用于执行权利要求1至4任一项所述的硼同位素分离的多塔串联方法，其特征在于，包括塔釜和塔身依次串联的第一分离塔、第二分离塔、第三分离塔和第四分离塔；
6.根据权利要求5所述的用于硼同位素分离的多塔串联装置，其特征在于，所述第一分离塔的塔釜与所述第二分离塔的塔身通过第一管道连接；所述第二分离塔的塔釜与所述第三分离塔的塔身通过第二管道连接；...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄华璠，从海峰，贾冉冉，卓楷升，赵东升，
申请(专利权)人：深圳市中核海得威生物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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